(57)【要約】【課題】  水晶振動子としてのＣＩ値の上昇を抑え、振動の阻害要因を除去することのできる圧電振動子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  水晶振動片１の領域２０における電極１２は、第１金属層１２ａと貴金属よりなる第２金属層上に、絶縁保護膜１９と密着性の良い第３金属層１２ｃを形成し、この第３金属層１２ｃ上に絶縁保護膜１９を形成した水晶振動片１の構造とすることで絶縁保護膜１９が強固に形成され、ＣＩ値の良好な圧電振動子を得ることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極と接続電極を有する圧電振動片と、前記接続電極を外部端子へ接続する導電接続部材と、前記圧電振動片を気密封止するケースとよりなる圧電振動子において、前記励振電極の少なくとも一部は第１金属層と貴金属よりなる第２金属層の上に、第３金属層と絶縁保護膜層が積層形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記圧電振動片は、音叉型水晶振動片であり、該振動片の少なくとも脚部の主面部が第１金属層と貴金属よりなる第２金属層と第３金属層と絶縁保護膜層の４層の積層形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記第１金属層と前記第３金属層は、同じ材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記第１金属層と前記第３金属層は、チタニウム又はクロムからなることを特徴とする請求項３に記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記絶縁保護膜層は、酸化膜又は窒化膜より形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の圧電振動子。
【請求項６】
励振電極と接続電極を有する圧電振動片と、前記接続電極を外部端子へ接続する導電接続部材と、前記圧電振動片を気密封止するケースとよりなる圧電振動子の製造方法において、前記圧電振動片に第１金属層を形成後に貴金属よりなる第２金属層を形成することによって前記圧電振動片に必要な電極膜を形成する工程と、該電極膜の上面に第３金属層を形成後第３金属層の上に絶縁保護膜を形成する工程とよりなることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項７】
前記圧電振動片は音叉型水晶振動片であることを特徴とする請求項６に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
前記第１金属層と前記第３金属層は、同じ材料からなり、チタニウム層又はクロム層であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁保護膜は、酸化膜又は窒化膜より形成されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一つに記載の圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子及びその製造方法に関するもので、詳しくは圧電振動片の電極膜の構造と圧電振動片の電極膜形成の製造方法に関するものであり、特に圧電振動子として水晶振動子に用いて有効な電極膜の構造及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ産業が発達するに及んで、圧電振動子特に水晶振動子（以下の説明では「水晶振動子」を用いて説明する）の需要は高まる一方であり、その重要性はますます増大してきている。このような状況の中で、水晶振動子の信頼性が重要な課題として浮上してきている。この水晶振動子の信頼性の問題には種々の要素があるが、中でも水晶振動片をケースに気密封止後、ケース内に発生するガスによる発振周波数の変化あるいは金属異物の混入による電極間ショートは致命的な欠点である。
【０００３】
このガスの発生に関しては、その原因は知られてきており、例えば特許文献１に記載されているように、気密端子やキャップなどから発生するガスが平面電極上へ吸着することが主要因であり、この放出ガスの電極への吸着によって発振周波数のシフトやクリスタルインピーダンスと言われるＣＩ値の増加を招くことが知られている。一方、金属異物の混入は水晶振動子のパッケージング工程にて発生する問題であり、これによる電極間のショートは発振停止といった重大な欠点となる。このために特許文献１では、少なくとも平面電極上に、あるいは音叉型振動片の脚全面に酸化膜や窒化膜より成る絶縁保護膜を形成する技術が開示されている。
【０００４】
尚、特許文献１の振動子は缶タイプの水晶振動子が開示されているが、最近はＳＭＤと呼ばれる表面実装型のタイプの水晶振動子も多く生産されており、このタイプのものにおいてはケースは基台と蓋体から成り、このケースからガスが発生するものである。
【０００５】
しかし特許文献１には記載されていないが、一般的な音叉型振動片の電極は、クロム（以下「Ｃｒ」と表示する）やチタニウム（以下「Ｔｉ」と表示する）の上に貴金属である金（以下「Ａｕ」と表示する）や銀（以下「Ａｇ」と表示する）あるいはパラジューム（以下「Ｐｄ」と表示する）を積層したものが多い。この貴金属は絶縁保護膜との密着力が弱く、折角絶縁保護膜を電極上に形成しても絶縁保護膜が剥がれてしまうことが多々ある。そこで、特許文献２では、絶縁保護膜を積層する電極には貴金属膜を形成せずにＣｒ層のみとし、このＣｒ層の上に絶縁保護膜を形成する構成が開示されている。Ｃｒ層は絶縁保護膜との密着力が強いので、絶縁保護膜が剥がれることは無くなる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２９８７４号公報
【特許文献２】特許３４７５９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水晶振動片の励振電極膜がＣｒ層のみでは以下の欠点を有する。即ち、水晶振動片や電極となる他の金属材と密着力の強い下地金属層は比抵抗が非常に大きい。これに対し貴金属層は比抵抗が非常に小さい。ちなみに、下地金属層となるＣｒは比抵抗が１２．９×１０−６Ωｃｍに対し貴金属であるＡｕの比抵抗は２．３５×１０−６Ωｃｍと、ＣｒはＡｕに対し６倍の大きさを有している。また、Ｔｉは４２×１０−６ΩｃｍでＰｄは１０．８×１０−６ΩｃｍであるのでＴｉはＰｄに対し比抵抗は約４倍の大きさを有している。このことを音叉型水晶振動子の完成状態で見ると、電極膜として下地金属層（例えばＣｒ層）のみを形成した場合は、下地金属層上に貴金属層（例えばＡｕ層）を形成した場合に比べ、その比抵抗の差により水晶振動子を駆動させる電界効率が悪化し、水晶振動子の駆動力の損失となる。
【０００８】
そこで水晶振動子の電極は、Ｃｒ層又はＴｉ層の上にＡｕ層又はＰｄ層を成膜することで、抵抗の小さい電極膜を形成し、電界効率を良くしている。これによって水晶振動片の駆動効率を上げ、水晶振動子の品質を向上させているのが現状である。
【０００９】
このような原理から言うと、特許文献２に記載の構成では、電極金属膜が抵抗値の大きいＣｒ層一層であるので、電界効率が悪くなりこのため良好なＣＩ値を得ることができないという大きな課題を有することとなる。このことは下地金属層がＴｉでも同様のことが言える。特に、水晶振動子の電極膜上に絶縁保護膜を形成した場合、絶縁膜が水晶振動子の機械的振動の抵抗要素となり良好なＣＩ値を得ることが困難となるため、少しでも電極膜の抵抗値を小さくすることが重要となる。
【００１０】
尚、特許文献１には具体的な電極膜の構成は記載されていない。
【００１１】
本発明の目的は、水晶振動子としてのＣＩ値の上昇を抑えて振動の阻害要因を除去することのできる圧電振動子の構造、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に記載の圧電振動子は、励振電極と接続電極を有する圧電振動片と、前記接続電極を外部端子へ接続する導電接続部材と、前記圧電振動片を気密封止するケースとよりなる圧電振動子において、前記励振電極の少なくとも一部は第１金属層と貴金属よりなる第２金属層の上に、第３金属層と絶縁保護膜層が積層形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の圧電振動子は、請求項１記載の構成において、前記圧電振動片は音叉型水晶振動片であり、該振動片の少なくとも脚部の主面部が第１金属層と貴金属よりなる第２金属層と第３金属層と絶縁保護膜層の４層の積層形状であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の圧電振動子は、請求項１または請求項２記載の構成において、前記第１金属層と前記第３金属層は、同じ材料からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の圧電振動子は、請求項３記載の構成において、前記第１金属層と前記第３金属層は、チタニウム又はクロムからなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の圧電振動子は、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の構成において、前記絶縁保護膜層は酸化膜か窒化膜より形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６に記載の圧電振動子の製造方法は、励振電極と接続電極を有する圧電振動片と、前記接続電極を外部端子へ接続する導電接続部材と、前記圧電振動片を気密封止するケースとよりなる圧電振動子の製造方法において、前記圧電振動片に第１金属層を形成後に貴金属よりなる第２金属層を形成することによって前記圧電振動片に必要な電極膜を形成する工程と、該電極膜の上面に第３金属層を形成後第３金属層の上に絶縁膜を形成する工程とよりなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７に記載の圧電振動子の製造方法は、請求項６記載の構成において、前記圧電振動片は音叉型水晶振動片であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８に記載の圧電振動子の製造方法は、請求項６または請求項７記載の構成において、前記第１金属層と前記第３金属層は、同じ材料からなり、チタニウム層又はクロム層であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項９に記載の圧電振動子の製造方法は、請求項６〜請求項８のいずれか一つに記載の構成において、前記絶縁保護膜は、酸化膜又は窒化膜より形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の圧電振動子及び請求項６に記載の圧電振動子の製造方法によれば、第１金属層と貴金属よりなる第２金属層の上に第３金属層を介して絶縁保護膜層が形成されているので、電極の電気的抵抗を極力減少させながら、しかも絶縁保護膜を強固に形成することができ、水晶振動子としてのＣＩ値の上昇を抑え振動の阻害要因を確実に除去することができる。さらに、ゴミなどの電極膜への接触を防ぎ電極パターンのショートを防止することができる。
【００２２】
本発明の請求項２に記載の圧電振動子及び請求項７に記載の圧電振動子の製造方法によれば、圧電振動片が音叉型水晶振動片なので、特に上記の効果が顕著に現れる。
【００２３】
本発明の請求項３または請求項４に記載の圧電振動子及び請求項８に記載の圧電振動子の製造方法によれば、第１金属層と第３金属層は同じ材料でチタニウム層又はクロム層からなるので、下地金属膜の形成工程が同じ装置内でできるため製造工程を短縮することができる。
【００２４】
本発明の請求項５に記載の圧電振動子及び請求項９に記載の圧電振動子の製造方法によれば、前記絶縁保護膜層が酸化膜か窒化膜より形成されているので、スパッタリングの製法を用いることができ、膜形成が容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の最良の実施形態は、励振電極と接続電極を有する圧電振動片と、前記接続電極を外部端子へ接続する導電接続部材と、前記圧電振動片を気密封止するケースとよりなる圧電振動子の電極構造が、前記励振電極の少なくとも一部は第１金属層と貴金属よりなる第２金属層の上に、第３金属層と絶縁保護膜層が積層形成されているものであり、その製造方法は、圧電振動片に第１金属層を形成後に第２金属層を形成することによって前記圧電振動片に必要な電極膜を形成する工程と、該電極膜の上面に第３金属層を形成後この第３金属層の上に絶縁膜を形成する工程よりなるものである。
【実施例】
【００２６】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例では以下に、圧電振動子を水晶振動子で、また圧電振動片を水晶振動片として説明する。
図１は、本発明の第一の実施例を示す絶縁保護膜を形成した音叉型水晶振動片の形状を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は基部のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は脚部のＢ−Ｂ断面図である。また、図２は表面実装型（以下「ＳＭＤ型」と略記する）水晶振動子の形状を示し、(ａ)は蓋体を外した状態の上面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は側面断面図である。
【００２７】
始めに図２を用いて水晶振動子の構造を説明する。１は水晶振動片で、詳細構造は後述する。２はケースで、上面開放の箱型に形成された基台３と平面板材で形成されている蓋体４より成る。基台３に水晶振動片１を載置後蓋体４にて真空状態に気密封止される。基台３の空間３ａの長辺部の一端には水晶振動片１を載置する枕３ｂが形成されている。水晶振動片１は後述する接続電極が枕３ｂの図示しない電極端子に導電接着剤５によって固定且つ電気的接続が行なわれる。また、基台３の下面には水晶振動片１の接続電極と枕３ｂ上の電極端子を介して電気的に接続する外部電極３ｃが形成されている。
【００２８】
次に図１を用いて水晶振動片の構造を説明する。水晶振動片１は音叉型の水晶振動片であり水晶片１１表面に電極１２が形成された構成を有しており、水晶片１１は最近ではエッチング技術により形成されるものが多い。その形状は基部１３と２本の脚部１４よりなる。水晶片１１はその主面部及び側面部に電極１２が形成されている。
【００２９】
水晶片１１の表面に形成された電極１２は、図１（ｂ）に示すように基部１３に接続電極１５が形成され、また図１（ａ）に示すように脚部１４には表裏の主面部及び側面部に励振電極としての平面電極１６と側面電極１７が形成されていて、平面電極１６および側面電極１７によって水晶振動子１０の振動を励振している。これら電極の接続構造については従来知られている構成なので、説明は省略する。また、脚部１４の先端には振動数を調整するための周波数調整電極１８が形成されている。
【００３０】
接続電極１５と平面電極１６、側面電極１７は、図１（ｂ）や（ｃ）に示すように積層構造であり、第１金属層１２ａとして水晶片１１と密着力が良いＴｉ層、第２層１２ｂは第２金属層であるＰｄ層が蒸着などの手段により形成されている。そして、周波数調整電極１８には第２金属層１２ｂの上にＡｕやＡｇがメッキにより形成されている。第１金属層１２ａのＴｉ層は本実施例では２００Å（一般には２００Å〜５００Å）、第２層のＰｄ層は本実施例では１０００Å（一般には５００Å〜４０００Å）の層厚を有している。
【００３１】
本発明の特徴は、上記電極１２のうち少なくとも励振用電極の平面電極１６上に絶縁保護膜１９が形成されている点である。次にこの絶縁保護膜の構成について説明する。まず図１の２０で示す領域の平面電極１６の第２層１２ｂのＰｄ層上に、第３金属層１２ｃとして、第１金属層１２aと同じ材質のＴｉ層（層厚２００Å）を蒸着により形成する。このＴｉ層は他の物質との密着力が良いためである。この第３金属層１２ｃのＴｉ層上に４層目としてＳｉＯ2膜よりなる絶縁保護膜１９をスパッタリングにより形成する。この絶縁保護膜１９は領域２０の少なくとも主平面の表裏面に形成される。即ち平面電極１６の上面や側面電極１７の上面及び水晶片１１の主平面に形成される。このように電極１２を３層構造とし、第１金属層１２ａを水晶と密着性の良い材料、第２金属層に第１金属層と密着性が良く比抵抗の小さい材料、第３金属層１２ｃに絶縁保護膜１９と密着性の良い材料とすることで、電極１２上に絶縁保護膜１９を形成してもＣＩ値の良好な水晶振動子を得ることができる。
【００３２】
本実施例では、絶縁保護膜１９としてＳiＯ2膜を使用したが、アルミナ（Ａl2Ｏ3）やＺrＯ2など他の酸化膜でも良いし、Ｓi3Ｎ4やＴiＮ などの窒化膜を使用しても良い。また、電極１２も第１金属層１２ａにＣｒを、第２金属層１２ｂにＡｕを使用しても良い。また、ここでは本発明の実施例を水晶振動子として説明しているが、水晶振動子以外の圧電振動子にも適用できることは勿論である。
【００３３】
次に図４を用いて第２の実施例について説明する。図４は図１（ｃ）に相当する水晶振動片の脚部の断面図である。本実施例では第１の実施例と水晶片１１の脚部１４の形状が異なっており、水晶片１１の脚部１４の主面部に溝部１４ａを有している。そして、その溝部１４ａには平面電極１６が覆うように構成され、脚部１４の側面には側面電極１７を有している。もちろん平面電極１６と側面電極１７との間にはわずかな隙間が形成されている。このような音叉型水晶振動子の脚部１４に溝部１４ａを形成した構造は、近年の小型化された水晶振動子で実施されている構造である。尚、この場合も第１の実施例と同様に、電極１２は第１金属層としてＴｉ層、第２金属層としてＰｄ層で形成されているものである。
【００３４】
更に第２の実施例においても、水晶片１１の主面部の電極上に絶縁保護膜１９が形成されている。即ち、電極１２の第２金属層１２ｂのＰｄ層の上にまず第３金属層１２ｃとして第１金属層１２ａと同じ材質のＴｉ層が形成されており、このＴｉ層の上に絶縁保護膜１９であるＳiＯ2膜が形成されている。このような構成とすることで第１の実施例に記載の効果を得るのは勿論のこと、脚部１４に溝部１４ａを形成した小型の水晶振動子においては、平面電極１６と側面電極１７の電極間のゴミなどによるショートを防止することができる。また、電極や絶縁保護膜の材質についても図１の実施例と同様に本実施例に限定されるものではない。
【００３５】
上記の絶縁保護膜は水晶振動片の主面部のみに形成しても良いが、主面部と側面部の両方へ形成しても構わない。しかし、水晶振動片は非常に厚さが薄いので側面へは形成しなくてもその効果はあまり変わらない。また、振動片についても音叉型に限定するものではなく、振動子の材質も水晶に限定されるものでないことは当然である。
【００３６】
次に絶縁保護膜の形成方法について説明する。図３は形成方法のフローを示すフローチャート図である。図１の構成を用いながら図３のフローチャートに沿って説明する。
【００３７】
Ｓ１は水晶片のエッチング工程で、図１（ａ）に示すような形状の水晶片１１をエッチングにより成形する。Ｓ２は電極膜成膜工程で、図１（ｂ）に示すように第１金属層１２ａであるＴｉ層の上に第２金属層１２ｂであるＰｄ層を成膜することで電極１２を形成する。電極１２の平面形状は図１（ａ）に示す形状である。このＳ１とＳ２の工程は従来より行われている製法なので、詳細な説明は省略する。
【００３８】
次にＳ３は第３金属層の形成工程である。絶縁保護膜１９を形成するために第２金属層１２ｂのＰｄ層の上に、第３金属層１２ｃとして第１下地金属膜１２ａと同じＴｉ層を、図１（ｃ）に示すように、少なくとも水晶振動片１１の主平面を覆うように形成する。第３金属層１２ｃの形成範囲は、図１（ａ）に示すように、基部１３上の接続電極１５と周波数調整電極１８とを除く領域２０の範囲に成膜する。その方法としては、接続電極１５と周波数調整電極１８をマスクにより覆い、詳細には水晶片１１の上面はレジストで覆い、領域２０部分にＴｉ膜を蒸着やスパッタリングにより形成する方法があるが、このうち主平面にのみ形成するためにはスパッタリングによる方法が良い。また、レジストで覆った部分はリフトオフ法で除去すると良い。
【００３９】
Ｓ４は絶縁保護膜成膜工程である。前記の第３金属層１２ｃのＴｉ層の上に上記のマスクで覆ったまま、絶縁保護膜１９であるＳiＯ2膜を成膜する。このように第３金属層１２ｃを一旦電極の上に成膜後にＳiＯ2膜を形成することで、絶縁保護膜１９を充分に密着力を持って成膜することができる。従って、電極１２に比抵抗の小さい第２金属層を形成し水晶振動子１としてのＣＩ値を小さくすることを可能とでき、さらに第３金属層１２ｃにより絶縁保護膜１９の密着力を高めて形成することができる。
【００４０】
尚、電極の材質や第３金属層の材質、あるいは絶縁保護膜の材質等、上記のものに限定されるものでないことは第１実施例と同様である。また、振動片の材質等も他の圧電振動片に応用できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、水晶振動子ばかりではなく、他の圧電振動子にも適用が可能である。例えば、圧電素子を用いたＭＥＭＳを使用したセンサー、即ち加速度センサーやジャイロなど、素子をパッケージ内へ収納する構造の圧電振動子への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一の実施例を示す絶縁保護膜を形成した音叉型水晶振動片の形状を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は基部のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は脚部のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】表面実装型水晶振動子の形状を示し、（ａ）は蓋体を外した状態の上面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は側面断面図である。
【図３】形成方法のフローを示すフローチャート図である。
【図４】本発明の第二の実施例で図１（ｃ）に相当する水晶振動片の脚部の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      水晶振動片
２      ケース
３      基台
３ａ    空間
３ｂ    枕
３ｃ    外部電極
４      蓋体
５      導電接着剤
１１    水晶片
１２    電極
１２ａ  第１金属層
１２ｂ  第２金属層
１２ｃ  第３金属層
１３    基部
１４    脚部
１５    接続電極
１６    平面電極
１７    側面電極
１８    周波数調整電極
１９    絶縁保護膜
２０    領域
【図１】
2007258947.tif 000003
【図２】
2007258947.tif 000004
【図３】
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【図４】
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